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ANSYS Workbench在舞台机械工程中的应用

1、小序

舞台机器是兼有起重机器和修建钢布局双重特征的特种设置设备摆设。不合于起重设备的是,舞台机器主要用于载人运动;而不合于修建静态钢布局的是,舞台机器设备自身介入平移、扭转、升降等运动。以是,舞台机器的安然机能倍受关注。ANSYS等有限元阐发对象常被用来校核布局强度、刚度等力学机能,受阐发职员和行业特征的限定,有限元阐发结果合理性也受到质疑,从而不能有效指示工程实践。今朝,行业内对舞台机器布局校核标准也无明确规定,设计职员只能经由过程设备适用处合主不雅评估安然系数。笔者基于工程履历,给出校核办法,供业内探究。

2 静力学阐发鉴定准则

2.1.强度鉴定准则

对付线性静态布局,设布局的刚度矩阵为,与光阴无关且不含质量、阻尼的外载感化于布局且孕育发生的位移为,根据胡克定律有:

表1 舞台机器行业不合材料的许用强度[4-6]

2.2.刚度鉴定准则

表2 舞台机器行业布局的相对刚度

除上述鉴定准则外,无意偶尔舞台设备设计介入方会根据设备应用环境提出特殊要求,即布局的最大年夜变形量不得大年夜于某一特定值,即:

(10)

式中, ——给定许用最大年夜总变形。WH/T36—2009《舞台机器台下设备安然要求》给定不合台下设备的许用最大年夜变形为12 mm或14 mm[7]。

3 阐发结果评估

3.1.偏差滥觞

小序讲到舞台机器是兼有起重机器和修建钢布局的双重特征的特种设置设备摆设,布局大年夜、质量大年夜、载人运动是其最显着的特征之一。为了使有限元阐发结果尽可能地为工程利用供给设计指示,且斟酌到舞台机器的布局特征,阐发用到的数学模型平日只能按工程图1:1建模。根据“墨菲轨则”,模型越繁杂则越得不到靠得住的结果,评估舞台机器这类繁杂模型的有限元阐发结果是否精确,能不能用于指示工程实践,一个专业履历富厚的CAE工程师便显得尤为紧张。

图1 降台架体应变云图

有限元谋略中偏差滥觞[8]是多样的,对阐发结果影响最大年夜偏差有两类。

(1)建模偏差

建模虽然1:1“回覆再起”工程图,但实际建模历程中,履历富厚的CAE工程师会省去对整体布局影响不大年夜圆角和型材之间的焊缝,而这些布局能有效弱化应力集中效应。

(2)CAE工程师引入的偏差

一个合格的CAE工程应具备必然的工程履历、踏实的理论功底和纯熟的软件操作技能。唯如斯,才能使约束、载荷设置应只管即便模拟工程实际,模型前期处置惩罚应只管即便与阐发模型匹配。另外偏差源,如软件自带缺陷、离散化偏差、舍入偏差等不能靠阐发师工资低落,不在评论争论范围。

3.2.应力集中和应力奇异

原则上跟着网格单元越小,模型的阐发精度越高,应力解越趋收敛,但在实际利用中很多多少半学模型会呈现网格单元越小,应力越大年夜的环境,即孕育发生应力奇异性[8]。造成应力奇异的缘故原由很多,工资缘故原由有布局设计不继续、点/线载荷和约束、过约束。究其根本,是这类环境阻碍了材料的泊松比效应。应力集中不合于应力奇异,存在于特殊布局中,只能经由过程优化布局设计来低落。应力奇异处一定存在应力集中,前期设置不与谋略模型匹配时,求解的应力最大年夜值有可能“埋没”真实解。处置惩罚应力奇异和应力集中的历程十分繁杂,必要CAE工程师的创造力和履历积累,且需详细模型详细阐发,没有四海皆准的法子。有限元阐发本身是谋略资源与阐发需求之间的权衡,最行之有效的法子是CAE工程师的主不雅评估,如当某些局部应力过大年夜,但在合理范围内且又不是重点关心区域时,可直接轻忽。

必要指出的是,在有限元强度和刚度阐发历程中,总变形()是无前提收敛的,只有导出量等效应力()可能存在不收敛的环境。

4 算例

4.1.建模及前处置惩罚

某主升降台架体的上层台面主梁用120×80×5的矩形管,辅梁用80×60×4的矩形管;下层台面主梁用120×80×5的矩形管,辅梁用60×60×3的矩形管;接近支撑的立筋120×80×5的矩形管,其他立筋60×60×3的矩形管;接近支腿部分斜拉筋80×60×4的矩形管、其他斜拉筋60×40×3的矩形管。斟酌谋略机运行速率,建模时省略型材圆角及焊接处的焊缝。所用型材整个定义为Q235,相关参数如表3。

表3 Q235-A材料基础参数

注:参数来自ANSYS Workbench自带的材料库

4.2.载荷及约束

(1)-Y偏向添加重力加速率,模拟模型的自重;

(2)架体上外面P1=28 927 Pa加载,换算如下:

(11)

式中,P10=5 kN/㎡=5 000 Pa(要求静载);

P20=0.5 kN/㎡=500 Pa(舞美装修);

L=20 m(设计);

B=3 m(设计);

S1=11.408 ㎡(软件提取);

以上参数带入( 1 1 ) 式可得。

(3)台面下外面4个局部区域,施加Y偏向的位移约束,限定Y偏向位移为0,其他两个偏向自由,模拟柔性升降柱与升降台架体的感化。

4.3.阐发结果

图2 降台架体应力云图

结合表2可鉴定设计布局的刚度满意要求。

5 结语

今朝,舞台机器行业用于布局力学谋略的软件很多,ANSYS相对来说加倍实用[3]。因为诸多缘故原由影响,舞台机器布局安然不能有效包管。笔者基于工程履历提出舞台机器强度、刚度校核准则,供同业参考、评论争论。

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